Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II))

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
  




HỒ THỊ YÊU LY







NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ
HỢP CHẤT CHITOSAN BIẾN TÍNH ĐỂ TÁCH VÀ
LÀM GIÀU CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
(U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II))




LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA PHÂN TÍCH

ĐÀ LẠT - 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
  




HỒ THỊ YÊU LY




NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ
HỢP CHẤT CHITOSAN BIẾN TÍNH ĐỂ TÁCH VÀ
LÀM GIÀU CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
(U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II))


Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH
Mã số: 62.44.29.01


LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA PHÂN TÍCH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. NGUYỄN MỘNG SINH
2. PGS.TS. NGUYỄN VĂN SỨC



ĐÀ LẠT - 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Luận án Tiến sĩ Hóa học “Nghiên cứu điều chế và sử dụng hợp chất chitosan
biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và
Cd(II))” do tôi thực hiện một cách trung thực. Những kết quả nghiên cứu trong luận
án chưa được các tác giả khác công bố ở Việt Nam cũng như trên thế giới.
Tôi xin cam đoan danh dự về công trình khoa học này.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 02 năm 2014

Nghiên cứu sinh


Hồ Thị Yêu Ly

ii


Tôi xin gởi lời cảm ơn đến
Thầy PGS.TS Nguyễn Mộng Sinh, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ dẫn,
góp ý, sửa chữa và bổ sung cho tôi những kiến thức chuyên môn quý báu để hoàn
thành luận án tiến sĩ này.
Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Sức, người đã truyền cho tôi ngọn lửa đam mê trong
nghiên cứu khoa học. Thầy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và hỗ trợ về vật chất
cũng như tinh thần cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Thầy luôn luôn kề cận
chia sẽ, khích lệ, đôn đốc tôi nỗ lực vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận
án. Thầy là tấm gương để tôi phấn đấu trong suốt con đường làm việc và nghiên
cứu tiếp theo.
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Tuấn đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu trong thời gian qua.
PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến đã hỗ trợ cho tôi nguồn vật liệu chitosan và đã bổ
sung cho tôi nguồn tài liệu tham khảo quý giá.
Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam đã tạo điều
kiện thuận lợi và giúp tôi giải quyết các thủ tục hành chính.
Bộ môn Công nghệ Môi trường và Hóa học đã nhiệt tình hỗ trợ phòng thí nghiệm,
máy móc, trang thiết bị thí nghiệm và các hóa chất cần thiết khác.
Ban Giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Công nghệ Hóa học và Thực
phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật đã tạo điều kiện về thời gian, cũng như các
bạn đồng nghiệp đã gánh vác công việc, hỗ trợ tôi trong thời gian tôi đi học.
Nghiên cứu sinh: Hồ Thị Yêu
Ly

iii

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục chữ viết tắt viii
Danh mục hình ảnh x
Danh mục sơ đồ xvi
Danh mục bảng biểu xvii
Danh mục phụ lục xix
Mở đầu 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 7
1.1. CHITOSAN VÀ DẪN XUẤT CỦA CHITOSAN 7
1.1.1. Cấu trúc của chitin, chitosan 7
1.1.2. Quy trình sản xuất chitosan 8
1.1.3. Tính chất lý – hóa học của chitosan 11
1.1.4. Sự khâu mạng chitosan 14
1.1.5. Một số dẫn xuất của chitin và chitosan 16
1.1.6. Ứng dụng của chitin/chitosan và dẫn xuất của nó. 17
1.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VIỆC SỬ DỤNG CHITOSAN VÀ CÁC DẪN
XUẤT CỦA NÓ TRONG HẤP PHỤ TÁCH LOẠI LÀM GIÀU ION KIM
LOẠI 19
1.2.1. Trong nước 19
1.2.2. Ngoài nước 21
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28

2.1. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 28


iv

2.1.1. Hóa chất và thiết bị 28
2.1.2. Phương pháp phân tích 29
2.2. VẬT LIỆU HẤP PHỤ 31
2.2.1. Điều chế CTSK 31
2.2.2. Xác định độ trương nước của các mẫu CTSK 31
2.2.3. Xác đinh độ bền trong môi trường nước có pH khác nhau của một số
mẫu CTSK 32
2.2.4. Xác định độ đề acetyl hóa một số mẫu CTSK 32
2.2.5. Khảo sát khả năng hấp phụ một số ion kim loại loại đối với các mẫu
CTSK 34
2.2.6. Điều chế CTSK-CT 34
2.2.7. Xác định liều lượng acid citric dùng để ghép mạch 34
2.2.8. Xác định phần trăm glutaraldehyde đã ghép vào mạch CTSK và %
acid gắn vào mạch CTSK-CT 35
2.2.9. Xác định cấu trúc vật liệu bằng phổ hồng ngoại 36
2.2.10. Xác định hình thái bề mặt của vật liệu 36
2.2.11. Xác định pH tại điểm đẳng điện tích 36
2.2.12. Xác định diện tích bề mặt riêng 36
2.2.13. Xác định khối lượng riêng và pH của vật liệu trong nước 36
2.3. NGHIÊN CÚU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN 37
2.3.1. Nghiên cứu động học hấp phụ 39
2.3.2. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 40
2.3.2. Nhiệt động học hấp phụ 44
2.4. NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT BẰNG
QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM BOX-BEHNKEN DESIGN (BBD) CỦA

PHƯƠNG PHÁP ĐÁP ỨNG BỀ MẶT (RMS) 45
2.5. KHẢO SÁT HẤP PHỤ LIÊN TỤC CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT 48

2.5.1. Ảnh hưởng của lưu lượng qua cột 48
2.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu 49


v

2.5.3. Ảnh hưởng của chiều cao lớp hấp phụ 49
2.6. NGHIÊN CỨU GIẢI HẤP 49
2.6.1. Xác định hiệu suất rửa giải ở các nồng độ HNO
3
và NaHCO
3
khác nhau 50
2.6.2. Xây dựng đường cong rửa giải các ion kim loại 50
2.7. XÁC ĐỊNH LƯỢNG VẾT CÁC ION KIM LOẠI TRONG MỘT SỐ MẪU
NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ LÀM GIÀU TRÊN VẬT LIỆU
CTSK-CT 51
2.8. XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TÁCH LOẠI CÁC ION U(VI), Cu(II), Pb(II),
Zn(II) và Cd(II) TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC THẢI 52
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55
3.1. ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU CHITOSAN BIẾN TÍNH 55
3.1.1. Xác định độ trương nước của các mẫu CTSK 55
3.1.2. Xác đinh độ bền trong môi trường nước có pH khác nhau của một số
mẫu CTSK 55
3.1.3. Xác định độ đề acetyl hóa của cá c mẫu CTSK 56
3.1.4. Khả năng hấp phụ một số ion kim loại loại đối với các mẫu CTSK . 56
3.1.5. Khảo sát liều lượng acid citric dùng để ghép mạch CTSK 57

3.1.6. Xác định phần trăm glutaraldehyde gắn trong mạch CTSK và % acid
citric gắn trong mạch CTSK - CT 58
3.1.7. Khảo sát cấu trúc của vật liệu 59
3.1.8. Xác định hình dạng và kích thước của vật liệu 61
3.1.9. pH tại điểm đẳng điện tích không 62
3.1.10. Một số tính chất vật lý của vật liệu 64
3.2.
NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN CÁC ION KIM LOẠI U(VI),
Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) BẰNG CTSK
65

3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 65
3.2.2. Ảnh hưởng của pH 66


vi

3.2.3. Ảnh hưởng kích thước vảy của vật liệu đến hiệu suất quá trình hấp
phụ 69
3.2.4. Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất quá trình hấp phụ71
3.2.5. Nghiên cứu động học hấp phụ của các ion kim loại đến CTSK 72
3.2.6. Nghiên cứu cân bằng hấp phụ 74
3.3.
NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN CÁC ION KIM LOẠI U(VI),
Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) BẰNG CTSK-CT
79

3.3.1. Ảnh hưởng của pH 79
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 80
3.3.3. Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất quá trình hấp phụ81

3.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ 83
3.3.5. Nghiên cứu động học hấp phụ 90
3.3.6. Nghiên cứu cân bằng hấp phụ 92
3.4.
NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT
BẰNG QHTN BOX-BEHNKEN DESIGN (BBD) CỦA PHƯƠNG PHÁP
ĐÁP ỨNG BỀ MẶT (RMS)

98
3.4.1. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ U(VI) lên CTSK-CT 98
3.4.2. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ Cu(II) lên CTSK-CT 102
3.4.3. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ Pb(II) lên CTSK-CT 104
3.4.4. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ Zn(II) lên CTSK-CT 107
3.4.5. Kết quả QHTN quá trình hấp phụ Cd(II) lên CTSK-CT 110
3.5.
NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ LIÊN TỤC CÁC ION KIM LOẠI U(VI),
Cu(II) VÀ Pb(II) TRÊN CỘT NHỒI CTSK-CT

113
3.5.1. Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion U(VI) lên cột nhồi CTSK-CT113
3.5.2. Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion Cu(II) lên cột nhồi CTSK-CT116
3.5.3. Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion Zn(II) lên cột nhồi CTSK-CT119


vii

3.6. GIẢI HẤP 122
3.6.1. Kết quả giải hấp U(VI) 122
3.6.2. Kết quả giải hấp các ion Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) 123
3.7. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CÁC ION U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II)

VÀ Cd(II) TRONG MỘT SỐ MẪU NƯƠC 124
3.8. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TÁCH LOẠI CÁC ION U(VI),
Cu(II), Pb(II), Zn(II) VÀ Cd(II) TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG
NGHIỆP 125
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO 129
DANH MỤC CÔNG TRÌNH 142
PHỤ LỤC 145











viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Chữ viết tắt Tên gọi

Không xác định
ANOVA Phân tích phương sai
C
0
Nồng độ đầu
CBHP Cân bằng hấp phụ

CTS Chitosan chưa khâu mạch

CTSK Chitosan khâu mạch
CTSK-CT Chitosan khâu mạch gắn acid citric
dd Dung dịch
ĐĐA Độ đề acetyl hóa
DF Độ tự do (Degree of Freedom)
ĐHHP Động học hấp phụ
ĐNHP Đẳng nhiệt hấp phụ
F Tốc độ tuyến tính qua cột

FL Freundlich
FT-IR Phổ hồng ngoại (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
HSHP Hiệu suất hấp phụ
K
a
Hằng số tốc độ trong mô hình BDST

KCN Khu công nghiệp
KL Kim loại
KNHP Khả năng hấp phụ
LM Langmuir
LT Lý thuyết
m Khối lượng
N
0
Dung lượng hấp phụ cột
NĐ Nồng độ
pH
PZC

pH tại điểm điện tích không (the point of zero charge)
PL Phụ lục
PT Phương trình


ix

q Dung tích hấp phụ cột
Q Lưu lượng

QHTN Quy hoạch thực nghiệm
QTHP Quá trình hấp phụ
RMSE The residual root mean squared error (sai số dư)
R-P Redlich-Peterson
SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy)
SS Tổng bình phương (Sum of Squares)
STT Số thứ tự
t Thời gian
TG Thời gian
TN Thực nghiệm
V Thể tích dung dịch
Z Chiều cao lớp hấp phụ

x

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin, chitosan 7
Hình 1.2. Sự sắp xếp các mạch polymer trong ba dạng của chitin 8
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của chitin và chitosan 9
Hình 1.4. Ảnh chụp chitosan, chitin và vỏ tôm, cua 9
Hình 1.5. Một số dẫn xuất của chitin, chitosan 17
Hình 3.1. Độ trương nước của CTSK 55
Hình 3.2. Lượng CTSK bị hòa tan theo môi trường pH khác nhau 56
Hình 3.3. Sự phụ thuộc ĐĐA theo liều lượng glutaraldehyde ghép mạch 56
Hình 3.4. Hiệu suất hấp phụ của các ion kim loại lên CTSK với liều lượng
glutaraldehyde khác nhau 57
Hình 3.5. Hiệu suất hấp phụ của các ion kim loại lên CTSK gắn acid citric ở các
nồng độ khác nhau 58
Hình 3.6. Phổ FT - IR ghép của mẫu CTS, CTSK và CTSK-CT 60
Hình 3.7. Ảnh SEM của CTS, CTSK và CTSK-CT 62
Hình 3.8. pH
PZC

của CTSK 63
Hình 3.9. pH
PZC
của CTSK-CT 63
Hình 3.10. Ảnh chụp vật liệu CTS, CTSK và CTSK-CT 64
Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ của CTSK 65
Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ các ion KL của CTSK 67
Hình 3.13. Ảnh hưởng của KT vảy CTSK đến khả năng hấp phụ U(VI) 69
Hình 3.14. Ảnh hưởng của KT vảy CTSK đến khả năng hấp phụ Cu(II) 70


xi

Hình 3.15. Ảnh hưởng của KT vảy CTSK đến khả năng hấp phụ Pb(II) 70
Hình 3.16. Ảnh hưởng của KT vảy CTSK đến khả năng hấp phụ Cd(II) 70
Hình 3.17. Ảnh hưởng của liều lượng CTSK đến khả năng hấp phụ các ion KL 71
Hình 3.18. Đồ thị phương trình giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) đối với quá trình
hấp
phụ ion U(VI) lên CTSK 72
Hình 3.19. Đồ thị phương trình giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) đối với quá trình
hấp
phụ ion Cu(II) lên CTSK 73
Hình 3.20. Đồ thị phương trình giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) đối với quá trình
hấp
phụ ion Pb(II) lên CTSK 73
Hình 3.21. Đồ thị phương trình giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) đối với quá trình
hấp
phụ ion Cd(II) lên CTSK 73
Hình 3.22. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với U(VI) 75
Hình 3.23. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với Cu(II) 76

Hình 3.24. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với Pb(II) 77
Hình 3.25. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với Zn(II) 78
Hình 3.26. Đẳng nhiệt hấp phụ phi tuyến của CTSK đối với Cd(II) 78
Hình 3.27. Ảnh hưởng của pH đến KNHP các ion KL của CTSK-CT 80
Hình 3.28. Ảnh hưởng của TG tiếp xúc đến KNHP ion KL của CTSK-CT 81
Hình 3.29 Ảnh hưởng của liều lượng CTSK-CT đến KNHP U(VI) 82
Hình 3.30. Ảnh hưởng liều lượng CTSK-CT đến KNHP Cu(II), Pb(II), Zn, Cd(II)82


xii

Hình 3.31. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của U(VI) ở các nhiệt độ khác nhau 85
Hình 3.32. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của Cu(II) ở các nhiệt độ khác nhau 86
Hình 3.33. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của Pb(II) ở các nhiệt độ khác nhau 87
Hình 3.34. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của Zn(II) ở các nhiệt độ khác nhau 88
Hình 3.35. Đẳng nhiệt phi tuyết các MHHP của Cd(II) ở các nhiệt độ khác nhau 89
Hình 3.36. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion U(VI)
lên CTSK-CT 90
Hình 3.37. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion Cu(II)
lên CTSK-CT 91
Hình 3.38. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion Pb(II)
lên CTSK-CT 91
Hình 3.39. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion Zn(II)
lên CTSK-CT 91
Hình 3.40. Động học giả bậc nhất (A) và bậc hai (B) quá trình hấp phụ ion Cd(II)
lên CTSK-CT 92
Hình 3.41. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ U(VI) lên CTSK-CT 93
Hình 3.42. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ Cu(II) lên CTSK-CT 94
Hình 3.43. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ Pb(II) lên CTSK-CT 95
Hình 3.44. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ Zn(II) lên CTSK-CT 95

Hình 3.45. Đồ thị các PT đẳng nhiệt phi tuyến sự hấp phụ Cd(II) lên CTSK-CT 96
Hình 3.46. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến
hiệu suất hấp phụ U(VI) 101
Hình 3.47. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu và nhiệt độ
đến hiệu suất hấp phụ U(VI) 101


xiii

Hình 3.48. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu và thời
gian đến hiệu suất hấp phụ U(VI) 101
Hình 3.49. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến
hiệu suất hấp phụ U(VI) 101
Hình 3.50. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến
hiệu suất hấp phụ Cu(II) 104
Hình 3.51. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu
suất hấp phụ Cu(II) 104
Hình 3.52. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ ban đầu và nhiệt độ
đến hiệu suất hấp phụ Cu(II) 104
Hình 3.53. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến
hiệu suất hấp phụ Cu(II) 104
Hình 3.54. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến
hiệu suất hấp phụ Pb(II) 107
Hình 3.55. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu
suất hấp phụ Pb(II) 107
Hình 3.56. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu
suất hấp phụ Pb(II) 107
Hình 3.57. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến
hiệu suất hấp phụ Pb(II) 107
Hình 3.58. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến

hiệu suất hấp phụ Zn(II) 109
Hình 3.59. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu
suất hấp phụ Zn(II) 109
Hình 3.60. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu
suất hấp phụ Zn(II) 109


xiv

Hình 3.61. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến
hiệu suất hấp phụ Zn(II) 109
Hình 3.62. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nồng độ ban đầu đến
hiệu suất hấp phụ Cd(II) 112
Hình 3.63. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến hiệu
suất hấp phụ CdII) 112
Hình 3.64. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của pH và thời gian đến hiệu
suất hấp phụ Cd(II) 112
Hình 3.65. Đồ thị đường mức biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến
hiệu suất hấp phụ Cd(II) 112
Hình 3.66. Ảnh hưởng của lưu lượng đến thời gian điểm thoát QTHP cột của
CTSK-CT đối với U(VI) 114
Hình 3.67. Ảnh hưởng nồng độ đầu vào U(VI) đến TG của đường cong thoát 115
Hình 3.68. Ảnh hưởng của chiều cao lớp hấp phụ đến thời gian thoát của U(VI) 115
Hình 3.69. Ảnh hưởng của lưu lượng đến thời gian điểm thoát QTHP cột của
CTSK-CT đối với Cu(II) 117
Hình 3.70. Ảnh hưởng nồng độ đầu vào Cu(II) đến TG của đường cong thoát 118
Hình 3.71. Ảnh hưởng của chiều cao lớp hấp phụ đến thời gian thoát của Cu(II) 118
Hình 3.72. Ảnh hưởng của lưu lượng đến TG điểm thoát QTHP cột của CTSK-CT
đối với Zn(II) 120
Hình 3.73. Ảnh hưởng nồng độ đầu vào Zn(II) đến TG của đường cong thoát 121

Hình 3.74. Ảnh hưởng của chiều cao lớp hấp phụ đến thời gian thoát của Zn(II) 121
Hình 3.75. Kết quả giải hấp U(VI) ra khỏi vật liệu hấp phụ CTSK-CT 123
Hình 3.76. Kết quả giải hấp đối với các ion Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) ra khỏi
vật liệu hấp phụ CTSK-CT 123


xv

DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm 10
Sơ đồ 1.2. Quy trình điều chế chitosan khâu mạch 15
Sơ đồ 1.3. Phản ứng khâu mạch giữa chitosan và glutaraldehyde 16
Sơ đồ 2.1. Quy trình thí nghiệm xác định độ bền các mẫu CTSK 33
Sơ đồ 2.2. Quy trình điều chế chitosan khâu mạch gắn acid citric 35
Sơ đồ 2.3. Quy trình nghiên cứu hấp phụ gián đoạn các ion kim loại 38
Sơ đồ 2.4. Quy trình hấp phụ làm giàu U(VI) trong các mẫu nước 51
Sơ đồ 2.5. Quy trình hấp phụ làm giàu Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) trong các mẫu
nước 52
Sơ đồ 2.6. Quy trình thí nghiệm tách loại U(VI) trong mẫu nước thải 53
Sơ đồ 2.7. Quy trình thí nghiệm tách loại Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II) trong mẫu
nước thải 54
Sơ đồ 3.1. Phản ứng giữa CTSK và acid citric 59

xvi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Một số thông số đặc trưng của chitin và chitosan 11
Bảng 2.1. Lập đường chuẩn xác định U(VI) 29
Bảng 2.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn xác định các ion kim loại 30
Bảng 2.3. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp 31
Bảng 2.4. Các Các mức tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến
quá trình hấp phụ của CTSK-CT đối với các ion kim loại 46
Bảng 2.5. Các giá trị thông số đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng lưu lượng qua cột 48
Bảng 2.6. Các giá trị thông số đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ion kim loại
49
Bảng 2.7. Các giá trị thông số đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao cột 49
Bảng 3.1. % glutaraldehyde gắn vào mạch CTSK và % acid citric gắn vào mạch
CTSK-CT 58
Bảng 3.2. Một số thông số vật lý của vật liệu 64
Bảng 3.3. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 65
Bảng 3.4. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của pH vào HSHP của CTSK
66
Bảng 3.5. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 71
Bảng 3.6. Các số liệu đầu vào nghiên cứu cân bằng hấp phụ 74
Bảng 3.7. Các số liệu đầu vào NC ảnh hưởng của pH vào HSHP của CTSK-CT 79
Bảng 3.8. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 80

Bảng 3.9. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 81
Bảng 3.10. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch ion KL 83

xvii

Bảng 3.11. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP U(VI) lên CTSK-CT 84
Bảng 3.12. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP Cu(II) lên CTSK-CT . 85
Bảng 3.13. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP Pb(II) lên CTSK-CT 86
Bảng 3.14. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP Zn(II) lên CTSK-CT 87
Bảng 3.15. Các hằng số LM và thông số nhiệt động QTHP Zn(II) lên CTSK-CT 88
Bảng 3.16. Các số liệu đầu vào nghiên cứu cân bằng hấp phụ của CTSK-CT đối với
các ion kim loại 92
Bảng 3.17. Dung lượng hấp phụ cực đại các ion kim loại lên CTSK và CTSK-CT ở
các điều kiện hấp phụ tối ưu 97
Bảng 3.18. Các giá trị tối ưu hóa các thông số quá trình hấp phụ 113
Bảng 3.19. Kết quả xác định sơ bộ nồng độ các ion trong các mẫu nước 124
Bảng 3.20. Kết quả xác định nồng độ các ion trong các mẫu nước sau khi được làm
giàu 124
Bảng 3.21. Kết quả xác định hiệu suất tách loại các ion kim loại trong các mẫu
nước thải 125

xviii

DANH MỤC PHỤ LỤC
HÌnh 1. Đường chuẩn xác định U(VI) 149
HÌnh 2. Đường chuẩn xác định Cu(II) 149
HÌnh 3. Đường chuẩn xác định Pb(II) 149
HÌnh 4. Đường chuẩn xác định Zn (II) 150
HÌnh 5. Đường chuẩn xác định Cd(II) 150
Bảng 1. Độ trương nước các mẫu CTSK 150
Bảng 2. Tính tan của CTSK 151
Bảng 3. Kết quả xác định độ ĐĐA các mẫu CTSK 151
Bảng 4. Khả năng hấp phụ ion kim loại của các mẫu CTSK 151
Bảng 5. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại của các mẫu CTSK-CT
được biến tính bởi các nồng độ acid citric khác nhau 152
Hình 6. Phổ FT-IR của CTSK-CT đã hấp phụ U(VI) 153
Hình 7. Phổ FT-IR của CTSK-CT đã hấp phụ Cu(II) 154
Bảng 6. Kết quả xác định pH tại điểm điện tích không 155
Bảng 7. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ của CTSK 155
Bảng 8. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion kim loại của CTSK 156
Bảng 9. Ảnh hưởng của kích thước vảy CTSK đến khả năng hấp phụ ion KL 156
Bảng 10. Ảnh hưởng của liều lượng CTSK đến khả năng hấp phụ ion KL 157
Bảng 11a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ U(VI) bằng CTSK 157

Bảng 11b. Các tham số động học QTHP U(VI) bằng CTSK-CT 158
Bảng 12a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ Cu(II) bằng CTSK 158
Bảng 12b. Các tham số động học QTHP Cu(II) bằng CTSK-CT 158


xix

Bảng 13a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ Pb(II) bằng CTSK 159
Bảng 13b. Các tham số động học QTHP Pb(II) bằng CTSK-CT 159
Bảng 14a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ Cd(II) bằng CTSK 160
Bảng 14b. Các tham số động học QTHP Cd(II) bằng CTSK-CT 160
Bảng 15a. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của CTSK đối với U(VI) 161
Bảng 15b. Giá trị các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ U(VI) bằng CTSK 161
Bảng 16a. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của CTSK đối với Cu(II) 162
Bảng 16b. Giá trị các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ Cu(II) bằng CTSK 162
Bảng 17a. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của CTSK đối với Pb(II) 162
Bảng 17b Giá trị các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ Pb(II) bằng CTSK 163
Bảng 18a. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của CTSK đối với Zn(II) 163
Bảng 18b. Giá trị các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ Zn(II) bằng CTSK 163
Bảng 19a. Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của CTSK đối với Cd(II) 164
Bảng 19b. Giá trị các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ Cd(II) bằng CTSK 164
Bảng 20. Kết quả NC ảnh hưởng của pH đến KNHP ion KL của CTSK-CT 164
Bảng 21. Kết quả NC ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến KNHP ion KL của
CTSK-CT 165
Bảng 22. Ảnh hưởng của liều lượng CTSK-CT đến hiệu suất hấp phụ U(VI) 165
Bảng 23. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng CTSK-CT đến hiệu suất hấp phụ
các ion Cu(II), Pb(II) Zn(II) và Cd(II) 165
Bảng 24a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các thông số CBHP U(VI) lên CTSK-CT
166
Bảng 24b. Các hằng số Freundlich và Temkin của QTHP U(VI) bằng CTSK-CT166

xx

Bảng 25a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các thông số CBHP Cu(II) lên CTSK-CT
166
Bảng 25b. Các hằng số Freundlich và Temkin của QTHP Cu(II) bằng CTSK-CT166
Bảng 26a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các thông số CBHP Pb(II) lên CTSK-CT
167
Bảng 26b. Các hằng số Freundlich và Temkin của QTHP Pb(II)bằng CTSK-CT 167
Bảng 27a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các thông số CBHP Zn(II) lên CTSK-CT
167
Bảng 27b. Các hằng số Freundlich và Temkin của QTHP Zn(II) bằng CTSK-CT168
Bảng 28a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các thông số CBHP Cd(II) lên CTSK-CT
168
Bảng 28b. Các hằng số Freundlich và Temkin của QTHP Cd(II) bằng CTSK-CT168
Bảng 29a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ U(VI) bằng CTSK–CT 169
Bảng 29b. Các tham số động học quá trình hấp phụ U(VI) bằng CTSK 169
Bảng 30a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ Cu(II) bằng CTSK–CT 170
Bảng 30b. Các tham số động học quá trình hấp phụ Cu(II) bằng CTSK 170
Bảng 31a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ Pb(II) bằng CTSK–CT 171
Bảng 31b. Các tham số động học quá trình hấp phụ Pb(II) bằng CTSK 171
Bảng 32a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ Zn(II) bằng CTSK–CT 172
Bảng 32b. Các tham số động học quá trình hấp phụ Zn(II) bằng CTSK 172
Bảng 33a. Kết quả khảo sát động học hấp phụ Cd(II) bằng CTSK–CT 173
Bảng 33b. Các tham số động học quá trình hấp phụ Cd(II) bằng CTSK 173
Bảng 34a. Kết quả NC đẳng nhiệt HP U(VI) bằng CTSK-CT và các giá trị q
e
được
tính toán theo các mô hình (q

e
,
MH
) 174


xxi

Bảng 34b. Các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ U(VI) bằng CTSK-CT 174
Bảng 35a. Kết quả NC đẳng nhiệt HP Cu(II) bằng CTSK-CT và các giá trị q
e
được
tính toán theo các mô hình (q
e
,
MH
) 175
Bảng 35b. Các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ Cu(II) bằng CTSK-CT 175
Bảng 36a. Kết quả NC đẳng nhiệt HP Pb(II) bằng CTSK-CT và các giá trị q
e
được
tính toán theo các mô hình (q
e
,
MH
) 176
Bảng 36b. Các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ Pb(II) bằng CTSK-CT 176
Bảng 37a. Kết quả NC đẳng nhiệt HP Zn(II) bằng CTSK-CT và các giá trị q
e
được

tính toán theo các mô hình (q
e
,
MH
) 177
Bảng 37b. Các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ Zn(II) bằng CTSK-CT 177
Bảng 38a. Kết quả NC đẳng nhiệt HP Cd(II) bằng CTSK-CT và các giá trị q
e
được
tính toán theo các mô hình (q
e
,
MH
) 178
Bảng 38b. Các tham số đẳng nhiệt sự hấp phụ Cd(II) bằng CTSK-CT 178
Bảng 39a. Các bố trí thí nghiệm và KNHP của CTSK-CT đối với U(VI) 179
Bảng 39b. Các hệ số hồi quy và giá trị T, P tương ứng đối với QTHP U(VI) 180
Bảng 39c. Phân tích phương sai đối với QTHP U(VI) 180
Bảng 40a. Các bố trí thí nghiệm và KNHP của CTSK-CT đối với Cu(II) 181
Bảng 40b. Các hệ số hồi quy và giá trị T, P tương ứng đối với QTHP Cu(II) 182
Bảng 40c. Phân tích phương sai đối với QTHP Cu(II) 182
Bảng 41a. Các bố trí thí nghiệm và KNHP của CTSK-CT đối với Pb(II) 183
Bảng 41b. Các hệ số hồi quy và giá trị T, P tương ứng đối với QTHP Pb(II) 184
Bảng 41c. Phân tích phương sai đối với QTHP Pb(II) 184
Bảng 42a. Các bố trí thí nghiệm và KNHP của CTSK-CT đối với Zn(II) 185
Bảng 42b. Các hệ số hồi quy và giá trị T, P tương ứng đối với QTHP Zn(II) 186


xxii

Bảng 42c. Phân tích phương sai đối với QTHP Zn(II) 186
Bảng 43a. Các bố trí thí nghiệm và KNHP của CTSK-CT đối với Cd(II) 187
Bảng 43b. Các hệ số hồi quy và giá trị T, P tương ứng đối với QTHP Cd(II) 188
Bảng 43c. Phân tích phương sai đối với QTHP Cd(II) 188
Bảng 44a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của U(VI): v = 5 ml/phút 189
Bảng 44b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của U(VI): v = 10 ml/phút 190
Bảng 44c. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của U(VI): v = 15 ml/phút 191
Bảng 45a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của U(VI): C
0
= 100 mg/L 192
Bảng 45b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của U(VI): C
0
= 200 mg/L 193
Bảng 46a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của U(VI): chiều cao cột 8 cm 194
Bảng 46b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của U(VI): chiều cao cột 12 cm 195
Bảng 47a. Các thông số mô hình hấp phụ động Bohart-Adam đối với U(VI) ứng với
C
o
= 150mg/l, V = 764,331 cm
3
/cm
2
/h. 196
Hình 8. Đồ thị t = f(Z) của dung dịch U(VI)

tại Ct/C
o
= 5% và 95%; C
o
= 150 mg/l,

pH=4, V = 764,331 cm
3
/cm
2
/h 196
Bảng 47b. Các tham số a’, b’ và t’ mới được tính toán dựa vào các tham số mô hình
Bohart-Adam đối với U(VI). 196
Bảng 48a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Cu(II): v = 5 ml/phút 197
Bảng 48b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Cu(II): v = 10 ml/phút 198
Bảng 48c. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Cu(II): v = 15 ml/phút 198
Bảng 49a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Cu(II): C
0
= 50 mg/L 199
Bảng 49b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Cu(II): C
0
= 150 mg/L 199
Bảng 50a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Cu(II): chiều cao cột 16 cm 200
Bảng 50b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Cu(II): chiều cao cột 20 cm 200


xxiii

Bảng 51a. Các thông số mô hình hấp phụ động Bohart-Adam đối với Cu(II) ứng với
C
0
= 100mg/l, V = 382,166 cm
3
/cm
2
/h. 201

Hình 9. Đồ thị t = f(Z) của dung dịch Cu(II)

tại Ct/C
o
= 5% và 95%; C
o
= 100 mg/l,
pH=4, V = 764,331 cm
3
/cm
2
/h 201
Bảng 51b. . Các tham số a’, b’ và t’ của Cu(II) được tính toán dựa vào các tham số
mô hình Bohart-Adam. 201
Bảng 52a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Zn(II): v = 5 ml/phút 202
Bảng 52b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Zn(II): v = 8 ml/phút 202
Bảng 52c. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Zn(II): v = 10 ml/phút 203
Bảng 53a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Zn(II): C
0
= 50 mg/L 203
Bảng 53b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Zn(II): C
0
= 150 mg/L 204
Bảng 54a. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Zn(II): chiều cao cột 16 cm 204
Bảng 54b. Số liệu hấp phụ dòng liên tục của Zn(II): chiều cao cột 20 cm 205
Hình 10. Đồ thị t = f(Z) của dung dịch Cu(II)

tại Ct/C
o
= 5% và 95%; C

o
= 100 mg/l,
pH=5, V = 764,331 cm
3
/cm
2
/h 206
Bảng 55a. Các thông số mô hình hấp phụ động Bohart-Adam đối với Zn(II) ứng với
C
0
= 100mg/l, V = 382,166 cm
3
/cm
2
/h 206
Bảng 55b. Các tham số a’, b’ và t’ mới được tính toán dựa vào các tham số mô hình
Bohart-Adam đối với Zn(II). 206
Bảng 56. Phần trăm U(VI) giải hấp ở các thể tích và nồng độ NaHCO
3
rửa giải khác
nhau. 206
Bảng 57. Phần trăm ion kim loại giải hấp ở các thể tích và nồng độ HCl rửa giải
khác nhau. 207